TW201432149A - 機械軸封 - Google Patents

Abstract

本發明為一種機械軸封，其包括有一設置於機械設備上的軸封座、一套設於轉動軸上的軸套、一固定環及一第一密封組件，該第一密封組件位於機械設備中且靠近於作用液體側，該第一密封組件包括有一帶動環及一迴轉環，該迴轉環及帶動環之間設置有彈簧、驅動銷及單向滑動阻隔組件，該單向滑動阻隔組件包括有一第一密封環、一第二密封環及位於該第一密封環兩側之兩間隔環，本發明透過結構上的設計令該第一密封組件之帶動環與固定環之間形成液壓作用區，因此可保持迴轉環與固定環之間適當的接觸，且密封環僅能朝向間隔區相對移動，令作用液體中雜質不會與密封環產生磨擦及磨損，提供良好的密封效果。

Description

機械軸封

本發明關於一種密封裝置，尤指一種用於提供機械內部密封腔密封效果之機械軸封。

現有技術安裝在機械設備的密封腔(例如：泵浦..)內的機械軸封，其通常設置在機械設備的旋轉軸穿出於密封腔之殼體一側處，機械軸封可提供限制內部加壓作用液體僅可停留在所設計的空間中流動之密封作用，避免液體流動至密封腔之殼體外造成損壞。現有的機械軸封包括有一固定環、一第一密封組件及一第二密封組件，每一密封組件分別包含有一迴轉環及一帶動環，帶動環及迴轉環之間設置有相互抵頂的彈簧及結合該帶動環及迴轉環的結合銷，該第一密封組件設置在密封腔中靠近機械設備內部作用液體之一側(以下稱液體側)，第二密封組件設置在密封腔中靠近殼體外之一側(以下稱為大氣側)，該兩密封組件之迴轉環分別與該固定環之兩端面相互抵靠接觸形成兩可相對摩擦轉動的密封面，該兩帶動環與旋轉軸相互結合且能夠同步轉動，藉由相對接觸及轉動的兩密封面隔離外側之加壓作用液體，提供加壓作用液體不會洩漏至外部環境。當該兩密封面相互接觸摩擦時會使其溫度提升，為了冷卻機械軸封且有助於防止作用液體通過密封面，通常會在兩密封面的內側處形成一冷卻室，並於冷卻室內部填充有冷卻液，藉由冷卻液導引至位於作用液體相反側的密封面側面處達到降溫及潤滑之效果。

通常在機械軸封的密封結構中，設有平衡壓力之結構以導引加壓作用液體之壓力至液體端之帶動環上，同時可導引位於內側之冷卻液壓力至液體端之帶動環內側，如此有助於閉合密封面且提供密封面上保持足夠的閉合力，以確保兩密封面形成適當的密封狀態，並且在密封組件間設置有密封環，透過密封環之阻擋及滑動而平衡作用液體之內向壓力及冷卻液的外向壓力，且使旋轉軸上所設之軸套與密封組件之間達成密封作用。 然而，現有技術中的機械軸封在運轉一段時間後，作用液體中的雜質難免會沉積在第一密封組件之密封環的滑動空間，當該第一密封組件之迴轉環產生磨耗後，第一密封組件之帶動環即朝向大氣側方向滑移，且當該冷卻液之外向壓力大於作用液體之內向壓力時，第一密封組件中的密封環即維持於原位置而不會隨第一密封組件之帶動環一同移動，使該密封環相對於第一密封組件之帶動環進行了朝向液體側之移動，因此帶動環上所附著之雜質即會隨帶動環一同移動並移動至密封環處並與其相磨擦，導致密封環產生磨損並降低其密封效果，令冷卻液可能會溢出至作用液體中，此問題實有待加以改良。

有鑑於現有技術的機械軸封的密封環可相對帶動環雙向滑動，在朝向液體側相對滑動時存有可能與雜質磨擦而磨損的疑慮，進而導致其密封效果降低的問題，本發明設計有一種機械軸封，其設有僅能相對帶動環朝向大氣側滑動的密封組件，可達到防止作用液體中之雜質進入構件內部的創作目的。

本發明提供一種機械軸封，供安裝在一機械設備上，該機械設備具有一固定殼體、一密封腔室及一旋轉軸，該密封腔室具有一大氣側及一液體側，該機械軸封包括有一軸封座、一軸套、一固定環、一第一密封組件、一第二密封組件及一單向滑動阻隔組件； 　　該軸封座固定在固定殼體上；該軸套套設固定在旋轉軸上，該軸套之兩端分別形成有一位於液體側之第一端及一位於大氣側之第二端，於其第一端處形成有一階級部；固定環之外側壁面固定在該軸封座中，該固定環套設於軸套上； 　　該第一密封組件包括有一第一帶動環及一第一迴轉環；該第一帶動環套設在該軸套之第一端以及該階級部上，該第一迴轉環套設在該軸套上且兩端分別抵靠該第一帶動環及該固定環之一側面； 　　該第二密封組件設置在該轉動軸之第二端處，該軸套、固定環、該第一密封組件及第二密封組件之間形成有一冷卻室； 　　該單向滑動阻隔組件包含有一第一密封環及一第二密封環且設置在該第一帶動環及軸套之間，該第一密封環、第二密封環與軸套之間的相對關係為固定，該第一密封環及第二密封環之間形成有一間隔區，該第一密封環及第二密封環僅能相對該第一帶動環朝向間隔區位移。

所述之機械軸封，其中該單向滑動阻隔組件處於內向壓力的狀態時，內向壓力推頂該第一密封環並朝向大氣側推頂該第一帶動環，而在第一迴轉環及固定環之接觸面上形成有一第一液壓作用區；當在外向壓力的狀態時，外向壓力朝向大氣側推頂該第一帶動環，在第一迴轉環及固定環之接觸面上形成有一第二液壓作用區。

所述之機械軸封，其中該第一液壓作用區的面積為第一迴轉環及固定環之接觸面積的50%~100%，該第二液壓作用區的面積為第一迴轉環及固定環之接觸面積的50%~100%。

所述之機械軸封，其中該第一帶動環上設有一卡止階級及一扣環； 　　該單向滑動阻隔組件包含有一第一間隔環及一第二間隔環，該第一密封環為一橡膠環體且可滑動地套設在位於該軸套之階級部上，該第一間隔環及第二間隔環可滑動的套設在該軸套之階級部且分別位於該第一密封環之兩側，該第二間隔環抵靠於該卡止階級，該第一間隔環抵頂於該扣環。

所述之機械軸封，其中該軸套之階級部的外環壁面上設有一外環槽，該外環槽之兩側形成有突出於階級部外壁面之突緣，該兩突緣的外徑大於階級部之外徑，該第二密封環套設於該外環槽上。

所述之機械軸封，其中該階級部的外環壁面上縱向穿設有一平衡孔。

藉上述技術手段的運用，在內向壓力狀態下，可藉由作用液體的內向壓力施加於單向滑動阻隔組件而產生有一第一液壓作用區，使第一迴轉環及固定環間產生密封作用；在外向壓力狀態下，冷卻液可流入至該第一帶動環及該軸套之階級部之間並朝向大氣側方向推頂第一帶動環，而形成有一第二液壓作用區，藉此保持第一迴轉環及固定環之間的密封作用；本發明之單向滑動阻隔組件的第一密封環可恆與第一帶動環一同移動，即便處於外向壓力的狀態下，也只會朝向於間隔區之方向移動，不會朝向於液體側相對移動，如此可防止第一密封環朝向液體側移動，因此可避免密封環與作用液體中之汙垢或顆粒產生磨擦及磨損，並有效避免污垢或顆粒進入於單向滑動阻隔組件處；當處於外向壓力的狀態下，該第二密封環可阻隔來自冷卻液體之壓力，由於該第二密封環僅能朝向於間隔區方向移動，防止第二密封環與冷卻液體中之雜質產生摩擦而磨損，因此可避免冷卻液及其雜質等進入第二密封環處；當內向壓力與外向壓力交互變換時，本發明之機械軸封也能保有相同的密封狀態，進而提供其構件具有應有的使用壽命，而能夠維持本發明之機械軸封的使用壽命。

本發明為一種機械軸封，請參閱圖1所示，可供安裝在一機械設備上，該機械設備可為一現有技術的泵浦，其具有一固定殼體11，該固定殼體11中具有一密封腔室12，密封腔室12內部可供容置作用液體，密封腔室12於固定殼體11上形成有一開口，該開口之一側為大氣側，密封腔室12內部為液體側。於密封腔室12中可轉動地設有一旋轉軸10，該旋轉軸10之一端穿出固定殼體11而位於大氣側處。本發明之機械軸封包括有一軸封座20、一軸套21、一固定環22、兩密封組件及一單向滑動阻隔組件50。

該軸封座20以固定件固定在固定殼體11上且位於密封腔室12的開口處。

該軸套21為一中空圓管體且套設固定在旋轉軸10上，該軸套21之兩端分別形成有一第一端210及一第二端211，該第一端210位於密封腔室12中之液體側處，該第二端211位於密封腔室12外之大氣側。該軸套21位於第一端210處之外環壁面突出形成有一階級部23，於該階級部23的外環壁面上設有一外環槽230，該外環槽230之兩側形成有突出於階級部23外壁面之突緣231，該兩突緣231的外徑大於階級部23之外徑。進一步於該階級部23的外環壁面上縱向穿設有一平衡孔232，該平衡孔232貫通至該階級部23的內環壁面上。該軸套21位於第一端210處之內環壁面上凹設有一內環槽233，於該內環槽233中設置有一O型環234。

該固定環22為一圓環型之環狀塊體，該固定環22之外側壁面固定在該軸封座20中，該固定環22套設於旋轉軸10及軸套21之中段處，該固定環22的內側環面與軸套21之外環壁面間具有一間距，該固定環22之兩端面分別形成為一第一密封面220及一第二密封面221，該第一密封面220朝向於液體側，該第二密封面221朝向於大氣側。

請參閱圖1及圖2所示，該第一密封組件包括有一第一帶動環30及一第一迴轉環31。

該第一帶動環30為一圓環型之環體，其套設在該軸套21之第一端210以及該階級部23上，該第一帶動環30之朝向於液體側之一端外緣延伸形成有一第一環壁300，該第一環壁300之內側環面上凹設有一卡止階級301，該第一帶動環30朝向於大氣側之一端外緣延伸形成有一第二環壁302，該第一帶動環30之一側環面上分別設置有複數彈簧槽303及至少一銷槽304，於該第一帶動環30之第一環壁300上設置有一扣環305。於該銷槽304及軸套21之階級部23的內側端面上穿設驅動銷32，該驅動銷32令該第一帶動環30可與軸套21同步轉動。於該等彈簧槽303中設置彈簧33，該等彈簧33之兩端分別彈性抵頂於階級部23的內側端面及該彈簧槽303之槽面。

該第一迴轉環31為一圓環型之環狀塊體，其可移動地套設在該軸套21上且位於該第一帶動環30及該固定環22之間，該第一迴轉環31之內環壁面與軸套21之外環壁面間具有一間距，該第一迴轉環31之外側壁面與該第一帶動環30之第二環壁302之內壁面以緊配合之方式相互結合，該第一迴轉環31之另一端為一磨擦面310並與該固定環22之第一密封面220相互抵頂。

請參閱圖1所示，該第二密封組件包括有一第二迴轉環40及一第二帶動環41；

該第二迴轉環40為一圓環型之環狀塊體，其可移動地套設在該軸套21之第二端211外壁面上且位於該固定環22之第二密封面221的一側，該第二迴轉環40具有一磨擦面400並與該固定環22之第二密封面221相互抵頂。

該第二帶動環41為一圓環型之環體，該第二帶動環41結合固定在該軸套21之第二端211外壁面上，該第二帶動環41朝向於固定環22之一側面上設有彈簧槽410，於該彈簧槽410中設有一彈簧42，該彈簧42之兩端分別抵頂該彈簧槽410之槽面及該第二迴轉環40之一端面，於該第二迴轉環40及該第二帶動環41之間穿設有驅動銷43。

該單向滑動阻隔組件50包含有一第一密封環51、一第一間隔環52、一第二間隔環53及一第二密封環54，該第一密封環51為一橡膠環體且套設在位於該軸套21之第一端210的階級部23上；該第一間隔環52及第二間隔環53為圓環狀之環體且分別可滑動的套設在該軸套21之第一端210的階級部23上，該第一間隔環52及第二間隔環53分別位於該滑動密封環51之兩側處，其中第一間隔環52抵頂於該扣環305，該第二間隔環53抵靠於卡止階級301，。該第二密封環54為一橡膠環體且套設於該外環槽230上。該第一密封環51與該平衡孔232之間的空間形成為一間隔區D。

該軸套21及固定環22、一第一密封組件及一第二密封組件之間的間距處形成有一冷卻室13，於冷卻室13內部設有冷卻液。該機械設備內部之作用液體可被加壓流動至密封腔室12中，當作用液體之液體壓力大於冷卻液之液體壓力，即產生內向之壓力；當冷卻液之液體壓力大於作用液體之液體壓力，即產生外向之壓力。

請參閱圖3所示，當本發明之機械軸封處於內向壓力之狀態時，該內向壓力朝向第一密封環51之方向推頂該第一密封環51，並透過第一密封環51移動推頂第二間隔環53，進而推頂該第一帶動環30，推頂之壓力可在磨擦面310及第一密封面220之間形成有一液壓作用區A，該液壓作用區A的面積為該磨擦面310及第一密封面220之接觸面積的50%~100%，藉此令該磨擦面310及第一密封面220在相對轉動時保持一定壓力相互抵頂磨擦，能夠保持磨擦面310及第一密封面220之間的密封作用，進而防止作用液體洩漏進入冷卻室13中。該單向滑動阻隔組件50中之第一密封環51由於位於液體側且位於第一帶動環30及軸套21之間，因此可防止作用液體由軸套21第一端210處進入冷卻室13中，此外，當第一帶動環30朝向大氣側位移時，該第一密封環51也會受內向壓力的影響而隨第一帶動環30朝向大氣側位移，因此該第一密封環51僅能朝向於間隔區D之方向移動，當作用液體中具有雜質且沉積在該軸套21之第一端210外壁面上時，由於第一密封環51不會朝向液體側滑動，因此不會與雜質相互接觸，而可維持其防漏之密封效果。 請配合參閱圖4所示，當本發明之機械軸封處於外向壓力之狀態時，冷卻液可流入至該第一帶動環30及該軸套21之階級部23之間，冷卻液位於彈簧槽303外側處朝向大氣側方向推頂該第一帶動環30之壁面C，藉此在該磨擦面310及第一密封面220之間形成有一液壓作用區B，該液壓作用區B的面積為該磨擦面310及第一密封面220之接觸面積的50%~100%，令該磨擦面310及第一密封面220在相對轉動時相互抵頂磨擦，能夠保持磨擦面310及第一密封面220之間的密封作用，並防止冷卻液洩漏進入密封腔室12中。本發明之單向滑動阻隔組件50之第二密封環54可防止冷卻液流出冷卻室13外而流入密封腔室12中。此外，當第一帶動環30朝向大氣側位移時，由於冷卻液之壓力不會影響至該第一密封環51，因此該第一密封環51僅能朝向於間隔區D之方向移動，當作用液體中具有雜質且沉積在該軸套21之第一端210外壁面上時，由於第一密封環51不會朝向液體側滑動，因此不會與雜質相互接觸，能夠避免其與汙垢或顆粒產生磨擦及磨損，進而提供其構件可具有應有的使用壽命及防漏性能。

本發明當內向壓力與外向壓力交互變換時，由於該單向滑動阻隔組件50之第一密封環51及第二密封環54皆只能朝向於間隔區D之方向位移，因此仍可保有與前述之內向壓力及外向壓力狀態下相同之密封狀態。 以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10．．．旋轉軸

11．．．固定殼體

12．．．密封腔室

13．．．冷卻室

20．．．軸封座

21．．．軸套

210．．．第一端

211．．．第二端

22．．．固定環

220．．．第一密封面

221．．．第二密封面

23．．．階級部

230．．．外環槽

231．．．突緣

232．．．平衡孔

233．．．內環槽

234．．．O型環

30．．．第一帶動環

300．．．第一環壁

301．．．卡止階級

302．．．第二環壁

303．．．彈簧槽

304．．．銷槽

305．．．扣環

31．．．第一迴轉環

310．．．磨擦面

32．．．驅動銷

33．．．彈簧

40．．．第二迴轉環

400．．．磨擦面

41．．．第二帶動環

410．．．彈簧槽

42．．．彈簧

43．．．驅動銷

50．．．單向滑動阻隔組件

51．．．第一密封環

52．．．第一間隔環

53．．．第二間隔環

54．．．第二密封環

A、B．．．液壓作用區

C．．．壁面

D．．．間隔區

圖1為本發明的剖面示意圖。 圖2為本發明之部分剖面示意圖。 圖3為本發明位於內向壓力狀態之剖面示意圖。 圖4為本發明位於外向壓力狀態之剖面示意圖。

10．．．旋轉軸

11．．．固定殼體

12．．．密封腔室

13．．．冷卻室

20．．．軸封座

21．．．軸套

210．．．第一端

211．．．第二端

22．．．固定環

220．．．第一密封面

221．．．第二密封面

23．．．階級部

230．．．外環槽

231．．．突緣

232．．．平衡孔

233．．．內環槽

234．．．O型環

30．．．第一帶動環

300．．．第一環壁

301．．．卡止階級

302．．．第二環壁

303．．．彈簧槽

304．．．銷槽

305．．．扣環

31．．．第一迴轉環

310．．．磨擦面

32．．．驅動銷

33．．．彈簧

40．．．第二迴轉環

400．．．磨擦面

41．．．第二帶動環

410．．．彈簧槽

42．．．彈簧

43．．．驅動銷

50．．．單向滑動阻隔組件

51．．．第一密封環

52．．．第一間隔環

53．．．第二間隔環

54．．．第二密封環

Claims (6)

1. 一種機械軸封，供安裝在一機械設備上，該機械設備具有一固定殼體、一密封腔室及一旋轉軸，該密封腔室具有一大氣側及一液體側，該機械軸封包括有一軸封座、一軸套、一固定環、一第一密封組件、一第二密封組件及一單向滑動阻隔組件； 　　該軸封座固定在固定殼體上；該軸套套設固定在旋轉軸上，該軸套之兩端分別形成有一位於液體側之第一端及一位於大氣側之第二端，於其第一端處形成有一階級部；固定環之外側壁面固定在該軸封座中，該固定環套設於軸套上； 　　該第一密封組件包括有一第一帶動環及一第一迴轉環；該第一帶動環套設在該軸套之第一端以及該階級部上，該第一迴轉環套設在該軸套上且兩端分別抵靠該第一帶動環及該固定環之一側面； 　　該第二密封組件設置在該轉動軸之第二端處，該軸套、固定環、該第一密封組件及第二密封組件之間形成有一冷卻室； 　　該單向滑動阻隔組件包含有一第一密封環及一第二密封環且設置在該第一帶動環及軸套之間，該第一密封環、第二密封環與軸套之間的相對關係為固定，該第一密封環及第二密封環之間形成有一間隔區，該第一密封環及第二密封環僅能相對該第一帶動環朝向間隔區位移。
2. 如請求項1所述之機械軸封，其中該單向滑動阻隔組件處於內向壓力的狀態時，內向壓力推頂該第一密封環並朝向大氣側推頂該第一帶動環，而在第一迴轉環及固定環之接觸面上形成有一第一液壓作用區；當在外向壓力的狀態時，外向壓力朝向大氣側推頂該第一帶動環，在第一迴轉環及固定環之接觸面上形成有一第二液壓作用區。
3. 如請求項2所述之機械軸封，其中該第一液壓作用區的面積為第一迴轉環及固定環之接觸面積的50%~100%，該第二液壓作用區的面積為第一迴轉環及固定環之接觸面積的50%~100%。
4. 如請求項1至3中任一項所述之機械軸封，其中該第一帶動環上設有一卡止階級及一扣環； 　　該單向滑動阻隔組件包含有一第一間隔環及一第二間隔環，該第一密封環為一橡膠環體且可滑動地套設在位於該軸套之階級部上，該第一間隔環及第二間隔環可滑動的套設在該軸套之階級部且分別位於該第一密封環之兩側，該第二間隔環抵靠於該卡止階級，該第一間隔環抵頂於該扣環。
5. 如請求項4所述之機械軸封，其中該軸套之階級部的外環壁面上設有一外環槽，該外環槽之兩側形成有突出於階級部外壁面之突緣，該兩突緣的外徑大於階級部之外徑，該第二密封環套設於該外環槽上。
6. 如請求項5所述之機械軸封，其中該階級部的外環壁面上縱向穿設有一平衡孔。